表面电镀技术在汽车工业的应用及发展.doc

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1、表面电镀技术在汽车工业的应用及发展学院：材料与冶金学院专业：材料化学2009-1班姓名：汪庆参学号：1表面电镀技术在汽车工业的应用及发展辽宁科技大学 汪庆参 摘要： 文章围绕着现代汽车技术降低油耗、减少排放、采用可再生材料清洁生产的发展宗旨，阐述了电镀工艺在现代汽车技术与发展。关键词：电镀技术 汽车工业 现状与发展1 汽车与环境污染 上世纪7080年代，人类在创造现代物质文明的活动中，大力提倡规模经济、精益生产方式，追求更高的生产效率，极大地消耗地球50亿年积蓄下来的有限资源，同时又排放出大量危害地球生存环境的有害物质。引起全球性温室效应、臭氧层大面积破坏、水源污染、物种锐减直接危害人类生存的

2、环境其中汽车行业的发展速度与污染程度，已引起人们的不安。例如，一台载重量10吨，总重量20吨的卡车，按1000万公里为寿命计算，这台卡车要消耗燃油230吨、氧气610吨、润滑油1吨、轮胎6吨及制造车体的材料10吨，向环境排放840吨CO2、3.6吨NOx, 2.5吨SO2, 0.2吨颗粒物质(PM)。现在，全世界汽车保有量达5亿多辆，年产量近5000万辆。不难估计汽车行业对环境污染的严重性。为了保持长期持续的发展，欧盟提出了车辆报废法规（ELVD）。ELVD法规规定：2003年7月1日起，欧盟成员国生产的汽车确保不使用含有Pb2+、Cr6+、Cd2+、Hg2+等有害材料，每辆车含Cr6+2g；

3、对汽车排放的尾气，也严格执行欧、欧标准，随后各国政府和相关部门都对汽车的排放、报废汽车的循环再生及汽车生产制造过程中的污染进行了严格的控制。这些强制性法规迫使汽车制造商投入巨资开发以微电子信息技术、新材料技术、新工艺技术和新能源技术代替传统的以机械技术为主体的汽车技术。轻量化、智能化、节能、安全和环保是当今汽车技术发展的重要方向。电镀技术为汽车零部件提供华丽的装饰与耐磨、耐腐蚀、耐热等性能。现代汽车的发展离不开电镀技术的发展。然而电镀工艺对环境的污染，又给汽车工业的发展蒙上了阴影。我国汽车电镀行业只有严格地遵守ELVD法规与“中华人民共和国清洁生产促进法”等相关法规，才能随着汽车工业的发展而长

4、久持续地发展。2、 现代汽车技术与表面处理工艺的关系2.1 新技术、新法规带来的新课题 增压技术的应用：原始的汽车发动机依靠汽缸的自然负压吸入燃气（自然吸气发动机）。而现代汽车发动机增压发动机是将燃油和空气经过高压油泵和空气压缩机（增压机）增压，在微处理机的控制下，将一定混合比的、高度雾化的油气喷入燃烧室。这样在发动机缸体单位体积内有更大量的油气发生燃烧，从而强化了发动机的工作过程，提高了热效率,降低了油耗，减少了排放。然而这种工作状态容易在缸体内生成积碳，引起发动机磨损。尾气循环回用（EGR）技术的应用：EGR技术是将排气管排出的尾气，经增压器按一定比例与燃气混合重新注入燃烧室，进行第二次做

5、功。使尾气中残留的碳氢化合物充分燃烧，同时提高燃气的预热温度，使燃料的利用效率提高，减少排放。然而尾气中的固体颗粒将加大发动机缸套、活塞、活塞环的磨损及活塞顶部的热疲劳。轻量化设计与轻量化材料的应用：现代发动机设计，希望进一步缩小发动机的体积、减轻发动机的质量、减少运动阻力。因此在发动机的缸体、活塞、活塞环、气门、连杆等的结构设计上都有向薄壁化、轻量化发展的趋势。由于体积缩小，零件之间的接触面减少，势必带来热传导的恶化，容易引起材料的热疲劳。然而使用轻量化材料，其耐热、耐磨性能往往不如钢铁材料。现代汽车装配技术的发展：现代汽车发动机装配往往一台自动机同时拧紧十几个螺丝。如何保证每个螺丝拧紧的扭

6、矩都符合要求？关键是控制每个螺丝表面的摩擦系数。如何解决汽车材料的热稳定性、耐磨性能、耐腐蚀性能，减少材料之间的摩擦系数？表面处理工艺是行之有效的技术措施。下面从表面处理技术在汽车上应用的角度谈谈汽车电镀工艺的现状与发展。2.2 应用轻质材料世界铝业协会的报告指出：汽车的自身重量减轻10%，燃油的消耗降低68%。减轻汽车的自身重量是提高燃油经济性、降低排放量最有的效措施之一。最新资料表明：国外汽车的自重，已减轻了20-26%，预计在未来10年内，轿车的自身重量还要减轻20%。工程塑料、金属铝、镁、钛及其合金、高强度钢、超高强度钢等轻量化材料的开发与应用在汽车轻量化过程中发挥了巨大的作用。塑料水

7、箱面罩、标牌、塑料进气管、铝合金轮毂、铝水箱、油箱、铝发动机罩盖、缸体、钛合金排气阀等在现代汽车上到处可见。顶级豪华轿车“劳斯莱斯”已采用全铝车身、碳纤维叶子板。 为了防止油料及大气的腐蚀，铝合金油箱内外表面都需要进行表面处理。耐NSS试验应通过240H。多采用透明钝化处理。在最近短短的几年内，国内出现出了几十条大型的铝合金轮毂装饰性电镀生产线、高防护装饰性汽车塑料水箱面罩、标牌的电镀生产线。最近在上海汽车展览会上展出的卡车等也大量采用了铝合金装饰性电镀件。2.3 提高汽车零部件耐蚀性技术根据汽车报废的法规，今后报废汽车可回收的材料必须在85%以上，而且不允许含有Pb2+、Cr6+、Cd2+、

8、Hg2+等有害物质。目的是限制报废汽车对环境的污染。从另一个角度看，如果能延长汽车的寿命，也相当于减少了污染。目前国外汽车的寿命已从上世纪80年代的10万公里延长到15万公里，延长汽车寿命的一个重要技术手段是提高汽车零部件耐蚀性能。镀锌钝化是汽车零件最常见的防护性镀层，然而由于锌的电位太负（E0=-0.76V）, 锌镀层与钢铁基体组成的原电池电位差太大，锌层会很快遭到腐蚀。因此已不适应现代汽车严酷的使用环境与苛刻的质量要求。Zn-Ni、Zn-Fe、Zn-Ti、Zn-Co、Zn-Sn、达克罗一批耐蚀性能更好的镀层在现代汽车上已获得广泛的使用。传统的Cr6+钝化工艺目前还依然是国内汽车零件最普遍使

9、用的钝化工艺。ELVD法规已明确规定汽车生产中禁止使用Cr6+。各国的汽车行业都在努力开发无Cr6+的钝化工艺。现阶段研发的镀锌层Cr3+钝化膜的耐蚀性，已与Cr6+钝化膜的耐蚀性没有差别。只是Cr3+钝化膜的色调控制要比Cr6+工艺控制严格。达克罗涂层具有优良的耐蚀性能，没有氢脆，但涂层中含有Cr6+不符合ELVD法规。目前在欧美地区已禁止使用，而且达克罗涂层不耐酸、碱、油溶剂。酸雨严重的地区达克罗涂层无法提供理想的防护效果。目前由美国 Magni集团公司发明的无Cr6+的达克罗技术美加利（Magni）技术，由于除了具有达克罗涂层的优点外，还具有无Cr6+，耐酸、碱、油溶剂等特点。已经在通用

10、、克莱斯勒、福特等欧美汽车上获得大量应用，可应用的汽车零件种类也很广。2.4 镀层耐腐蚀性能的检测方法国内电镀行业对镀层耐腐蚀性能的评价基本采用盐雾试验的结果。由于国际上对汽车产品防护性能要求的提高，对汽车产品镀层的耐腐蚀性能的评价，最近开始提出使用“循环腐蚀试验”的检测结果作为评价的标准。由于实际的常压曝晒通常包括潮湿和干燥两种条件，与标准的“盐雾试验”工况不同，因此盐雾试验检测结果与实际在常压下曝晒的腐蚀结果不是非常一致的。循环式腐蚀试验采用 “盐雾喷淋干燥湿热”三个程序组成的反复循环的试验，比传统的稳态曝晒更加接近实际环境。所喷淋的盐雾成分可根据要求，有NSS盐雾、CASS盐雾、人造酸性

11、雨、二氧化硫气体、混合气体（二氧化硫气体、硫化氢气体、二氧化氮气体以及氯气所组成的混合气体环境）研究表明，采用循环式腐蚀检测，相关的腐蚀速度、构造以及形态更加接近实际的户外情况。因此，循环式检测一般比传统的盐雾喷淋检测更符合实际的户外条件。它有效的评估了包括电镀层以及缝隙腐蚀的不同的腐蚀机理。最近，汽车工程师协会（SAE）和美国钢铁学会（AISI）已经认可和证明了应用于汽车上的循环检测。日本的研究人员也发展了许多循环式腐蚀检测方法。在循环式腐蚀检测中，汽车工业占据了首要地位。因此，大多数的循环式腐蚀检测都适用于汽车工业。国际上最近颁布的循环检测标准已经有许多，例如JIS H 8502：1999

12、、GM9450p、VW1210等。国内汽车企业还没有执行循环检测标准。结束语：二十一世纪的中国汽车工业处于高速发展阶段，据称在今后的15年全球汽车零件的需求量达到1000亿美元，其中30-50%将由中国出口。中国汽车行业的电镀产业也在不断地应用、吸收、消化、创新国外先进电镀技术的基础上开拓环保、节能、高品质的发展道路，与汽车工业的发展保持长久持续的同步发展。参考文献 1 郭鹤桐,张三元.复合镀层M.天津:天津大学出版社,1991. 2 Gleiter H. Nanocrystalline Materials. Progress in Mater.Sci,1989,33(4) ;223. 3 兰

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14、rphology of Laser Superhea-tea rh(111).Surf. Sci,1998 , 405 : 271 8 赫梅利,库什耐尔,张战峰,等.金和超微细金刚砂-一种新型电接触沉积材料的研究A.连接器与开关第七届学术会议论文集C.2002.58-65. 9 李学清,蔡继权. 展望纳米世纪J. 今日科技.2001.（02）. 10 刘效柳. 世界新型绿色电池发展及应用前景J. 中国环保产业, 2004,(01) 11 马向东. 纳米材料的进展及展望J. . 水利电力机械, 2004.(02) . 12 Tao N R, Wang Z B, Tong W P, et al. An Investigation of Surface Nanocrystallization Mechanism in Fe Induced by Surface Mechanics Attrition Treatment. Acta Mater,2002,50:4603. 13 于朝清,徐孝德,何青云,等.超薄连续复合带的研制J.电工材料,2002,(3):16-20. 14 航空电器编写组.航空电器M.北京:国防工业出版社,1981.